Nghiên cứu hệ thống thông tin di động tiền 4g LTE (long term evolution)

lOMoARcPSD|10804335

5

LỜI NĨI ĐẦU
Trong những năm gần đây, mạng khơng dây ngày càng trở nên phổ biến với sự
ra đời của hàng loạt những công nghệ khác nhau nhƣ Wi-Fi (802.1x), WiMax
(802.16)... Cùng với đó là tốc độ phát triển nhanh, mạnh của mạng viễn thông phục
vụ nhu cầu sử dụng của hàng triệu ngƣời mỗi ngày. Hệ thống di động thế hệ thứ hai,
với GSM và CDMA là những ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc
gia. Tuy nhiên, thị trƣờng viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những hạn chế
về dung lƣợng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai. Sự
ra đời của hệ thống di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu nhƣ WCDMA
hay HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu truy cập dữ liệu, âm
thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thơng rộng của ngƣời sử dụng.
Mặc dù các hệ thống thông tin di động thế hệ 2.5G hay 3G vẫn đang phát triển
không ngừng nhƣng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã bắt đầu tiến
hành triển khai thử nghiệm một chuẩn di động thế hệ mới có rất nhiều tiềm năng và
có thể sẽ trở thành chuẩn di động 4G trong tƣơng lai, đó là LTE (Long Term
Evolution). Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ năng lực tuyệt vời
của công nghệ LTE và khả năng thƣơng mại hóa LTE đã đến rất gần.
Trƣớc đây, muốn truy cập dữ liệu, phải cần có 1 đƣờng dây cố định để kết nối.
Trong tƣơng lai không xa với LTE, có thể truy cập tất cả các dịch vụ mọi lúc mọi
nơi trong khi vẫn di chuyển: xem phim chất lƣợng cao HDTV, điện thoại thấy hình,
chơi game, nghe nhạc trực tuyến, tải cơ sở dữ liệu v.v… với một tốc độ “siêu tốc”.
Đó chính là sự khác biệt giữa mạng di động thế hệ thứ 3 (3G) và mạng di động thế
hệ thứ tƣ (4G). Tuy vẫn còn khá mới mẻ nhƣng mạng di động băng rộng 4G đang
đƣợc kỳ vọng sẽ tạo ra nhiều thay đổi khác biệt so với những mạng di động hiện
nay. Chính vì vậy, em đã lựa chọn làm đồ án tốt nghiệp về đề tài “Nghiên cứu hệ
thống thông tin di động tiền 4G LTE (Long Term Evolution)”.
Đồ án đi vào tìm hiểu tổng quan về cơng nghệ LTE cũng nhƣ là những kỹ

thuật và thành phần đƣợc sử dụng trong cơng nghệ này để có thể hiểu rõ thêm về
những tiềm năng hấp dẫn mà công nghệ này sẽ mang lại và tình hình triển khai cơng
nghệ này trên thế giới và tại VIỆT NAM .

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

6

Đề tài gồm 6 chƣơng :
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
VÀ GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LTE
CHƢƠNG 2: KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC
CHƢƠNG 3: TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE
CHƢƠNG 4: LỚP VẬT LÝ LTE
CHƢƠNG 5: CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP
CHƢƠNG 6: TRIỂN KHAI LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT
NAM
Để thực hiện đồ án tốt nghiệp này, em đã sử dụng những kiến thức đƣợc trang bị
trong 5 năm đại học và những kiến thức chọn lọc từ các tài liệu của các thầy giáo,
cô giáo trong và ngoài trƣờng . Ngoài ra, đồ án còn sử dụng những tài liệu phổ biến
rộng rãi trên Internet.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhƣng do hạn chế về thời gian cũng nhƣ những hiểu
biết có hạn của một sinh viên nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Để đồ án đƣợc
hồn thiện hơn, em rất mong nhận đƣợc các ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô
giáo cũng nhƣ các bạn sinh viên.

Downloaded by Con Ca ()

lOMoARcPSD|10804335

7

MỤC LỤC
TỜ BÌA.....................................................................................................1
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP…………………………………3
LỜI NĨI ĐẦU ................................................................................................. 5
MỤC LỤC……………………………………………………………………7
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT........................................................................ 11
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................ 18
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................... 21
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG &
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE ........................................................ 22
1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin di động ...................................................22
1.1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G) ....................................22
1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ( 2G) ......................................23
1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G) .........................................25
1.2. Giới thiệu về công nghệ LTE .......................................................................27

CHƢƠNG 2 – KIẾN TRÚC MẠNG VÀ GIAO THỨC............................ 30
2.1. Kiến trúc mạng LTE ....................................................................................30
2.1.1. Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống....................................31
2.1.2. Thiết bị ngƣời dùng ( UE) ........................................................................32
2.1.3. E-UTRAN nodeB (eNodeB) ....................................................................33
2.1.4. Thực thể quản lý tính di động (MME) .....................................................34
2.1.5. Cổng phục vụ ( S-GW) .............................................................................36
2.1.6. Cổng mạng dữ liệu gói( P-GW) ...............................................................38

2.1.7. Chức năng chính sách và tính cƣớc tài nguyên ( PCRF) .........................40
2.1.8. Máy chủ thuê bao thƣờng trú (HSS) ........................................................41
2.2. Các giao diện và giao thức trong cấu hình kiến trúc cơ bản của hệ thống
...............................................................................................................................41
2.3. QoS và kiến trúc dịch vụ mang chuyển ......................................................45

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

8

2.4. Giao thức trạng thái và chuyển tiếp trạng thái..........................................46
2.5. Hỗ trợ tính di động liên tục ..........................................................................47
2.6. Kiến trúc hệ thống phát quảng bá đa điểm ................................................50

CHƢƠNG 3 - TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE ......................... 54
3.1. Các chế độ truy nhập vô tuyến ....................................................................54
3.2. Băng tần truyền dẫn .....................................................................................54
3.3. Các băng tần đƣợc hỗ trợ ............................................................................55
3.4. Kỹ thuật đa truy nhập cho đƣờng xuống OFDMA ...................................56
3.4.1. OFDM ......................................................................................................56
3.4.2. Các tham số OFDMA ...............................................................................58
3.4.3. Truyền dẫn dữ liệu hƣớng xuống .............................................................61
3.5. Kỹ thuật đa truy nhập đƣờng lên LTE SC-FDMA ...................................63
3.5.1. SC-FDMA ................................................................................................63
3.5.2. Các tham số SC-FDMA ...........................................................................64
3.5.3. Truyền dẫn dữ liệu hƣớng lên ..................................................................66
3.5.4. So sánh OFDMA và SC-FDMA ..............................................................67

3.6. Tổng quan về kỹ thuật đa ăng ten MIMO..................................................69
3.6.1. Đơn đầu vào Đơn đầu ra (SISO) ..............................................................70
3.6.2. Đơn đầu vào đa đầu ra (SIMO) ................................................................70
3.6.3. Đa đầu vào đơn đầu ra (MISO) ................................................................70
3.6.4. Đa đầu vào đa đầu ra (MIMO) .................................................................70
3.6.5. Kế hoạch LTE đa ăng ten .........................................................................72
3.6.5.1. Chế độ truyền dẫn đa ăng ten đường xuống LTE .......................... 73
3.6.5.2. Chế độ đa ăng ten hướng lên LTE ............................................... 75

CHƢƠNG 4 - LỚP VẬT LÝ LTE ............................................................... 76
4.1. Các kênh truyền tải và ánh xạ của chúng tới các kênh vật lý ..................76
4.2. Điều chế ..........................................................................................................77
4.3. Truyền tải dữ liệu ngƣời sử dụng hƣớng lên .............................................78
4.4. Truyền dẫn dữ liệu ngƣời dùng hƣớng xuống ...........................................83

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

9

4.5. Truyền dẫn tín hiệu lớp vật lý hƣớng lên ...................................................87
4.5.1. Kênh điều khiển đƣờng lên vật lý ( PUCCH) ..........................................88
4.5.2. Cấu hình PUCCH .....................................................................................89
4.5.3. Báo hiệu điều khiển trên PUSCH .............................................................89
4.6. Cấu trúc PRACH (Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý) ............................92
4.7. Truyền dẫn báo hiệu lớp vật lý hƣớng xuống ............................................93
4.7.1. Kênh chỉ thị định dạng điều khiển vật lý (PCFICH) ................................93
4.7.2. Kênh điều khiển hƣớng xuống vật lý ( PCDCH) ....................................94

4.7.3. Kênh chỉ thị HARQ vật lý ( PHICH) .......................................................95
4.7.4. Các chế độ truyền dẫn hƣớng xuống ........................................................95
4.7.5. Kênh quảng bá vật lý ( PBCH) .................................................................96
4.7.6. Tín hiệu đồng bộ.......................................................................................97
4.8. Các thủ tục lớp vật lý....................................................................................98
4.8.1. Thủ tục HARQ .........................................................................................98
4.8.2. Ứng trƣớc định thời ..................................................................................99
4.8.3. Điều khiển công suất ..............................................................................100
4.8.4. Nhắn tin ..................................................................................................101
4.8.5. Thủ tục báo cáo phản hồi kênh ...............................................................101
4.8.6. Hoạt động chế độ bán song công ...........................................................102
4.8.7. Các lớp khả năng của UE và các đặc điểm đƣợc hỗ trợ .........................102
4.9. Đo lƣờng lớp vật lý......................................................................................103
4.9.1. Đo lƣờng eNodeB...................................................................................103
4.9.2. Đo lƣờng UE ..........................................................................................104
4.10. Cấu hình tham số lớp vật lý .....................................................................104

CHƢƠNG 5 – CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP ......................................... 106
5.1. Thủ tục dị tìm ơ ..........................................................................................106
5.1.1. Các bƣớc của thủ tục dị tìm ơ ................................................................106
5.1.2. Cấu trúc thời gian/tần số của tín hiệu đồng bộ .......................................108
5.1.3. Dị tìm ban đầu và dị tìm ơ lân cận........................................................109

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

10

5.2. Truy nhập ngẫu nhiên ................................................................................110
5.2.1. Bƣớc 1 : Truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên ......................111
5.2.2. Bƣớc 2 : Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên ................................................115
5.2.3. Bƣớc 3: Nhận dạng thiết bị đầu cuối ......................................................116
5.2.4. Bƣớc 4: Giải quyết tranh chấp................................................................117

CHƢƠNG 6 – TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ
TẠI VIỆT NAM .......................................................................................... 118
6.1. Triển khai LTE trên thế giới .....................................................................118
6.2. Triển khai LTE tại VIỆT NAM ................................................................122

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................................. 124
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ....................................... 125
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT ........................................ 125
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................. 126
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 127

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

11

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
3GPP

Third Generation Partnership
Project
AAA

Authentication, Authorization
and Accounting
ACF
Analog Channel Filter
ACIR
Adjacent Channel Interference
Rejection
ACK
Acknowledgement
ACLR
Adjacent Channel Leakage Ratio
ACS
Adjacent channel selectivity
ADC
Analog-to Digital Conversion
ADSL
Asymmetric Digital Subscriber
Line
AM
Acknowledged Mode
AMBR
Aggregate Maximum Bit Rate
AMD
Acknowledged Mode Data
AMR
Adaptive Multi-Rate
AMR-NB Adaptive Multi-Rate Narrowband
AMR-WB Adaptive Multi-Rate Wideband
ARP
Allocation Retention Priority

ATB
Adaptive Transmission
Bandwidth
AWGN
Additive White Gaussian Noise
AMPS
Advanced Mobile Phone Sytem
BB
BCCH
BCH
AMPS

Baseband
Broadcast Control Channel
Broadcast Channel
Advanced Mobile Phone Sytem

BPF
BPSK
BS
BSC
BSR
BTS
BW
CAZAC

Band Pass Filter
Binary Phase Shift Keying
Base Station
Base Station Controller

Buffer Status Report
Base Transceiver Station
Bandwidth
Constant Amplitude Zero
Autocorrelation Codes

Dự án các đối tác thế hệ thứ ba
Xác thực, cấp phép và tính cƣớc
Bộ lọc kênh tƣơng tự
Loại bỏ nhiễu kênh lân cận
Sự báo nhận
Tỉ lệ dò kênh lân cận
Chọn lọc kênh lân cận
Chuyển đổi tƣơng tự - số
Đƣờng dây thuê bao số không đối
xứng
Chế độ báo nhận
Tốc độ bít tối đa cấp phát
Dữ liệu chế độ báo nhận
Đa tốc độ thích ứng
Băng hẹp đa tốc độ thích ứng
Băng rộng đa tốc độ thích ứng
Ƣu tiên duy trì cấp phát
Băng thơng truyền dẫn thích nghi
Nhiễu Gauss trắng thêm vào
Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến
Băng gốc
Kênh điều khiển phát quảng bá
Kênh phát quảng bá

Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến
Bộ lọc băng tần
Khóa dịch pha nhị phân
Trạm gốc
Điều khiển trạm gốc
Báo cáo tình trạng bộ đệm
Trạm thu phát gốc
Dải thông
Mã tự tƣơng quan zero biên độ
không đổi

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

12

CBR
CCE
CCCH
CDD
CDF
CDM
CDMA
AIR
CP
CPICH
CQI

CRC
C-RNTI
CS
CSCF
D-BCH
DCCH
DCI
DFCHA
DFT
DL
UL
DL-SCH
DPCCH
DTX
DwPTS
E-DCH
EDGE
EPC
EPDG
EUTRAN
EDO
FD
FDD
FDM

Constant Bit Rate
Control Channel Element
Common Control Channel
Cyclic Delay Diversity
Cumulative Density Function

Code Division Multiplexing
Code Division Multiple Access
Carrier to Interference Ratio
Cyclic Prefix
Common Pilot Channel
Channel Quality Information
Cyclic Redundancy Check
Ô Radio Network Temporary
Identifier
Circuit Switched
Call Session Control Function
Dynamic Broadcast Channel
Dedicated Control Channel
Downlink Control Information
Dynamic Frequency and Channel
Allocation
Discrete Fourier Transform
Downlink
uplink
Downlink Shared Channel
Dedicated Physical Control
Channel
Discontinuous Transmission
Downlink Pilot Time Slot
Enhanced DCH
Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
Evolved Packet Core
Evolved Packet Data Gateway
Evolved Universal Terrestrial

Radio Access
Evolution Data Only
Frequency Domain
Frequency Division Duplex
Frequency Division Multiplexing

Tốc độ bít khơng đổi
Phần tử kênh điều khiển
Kênh điều khiển chung
Phân tập trễ vịng
Chức năng mật độ tích lũy
Ghép kênh phân chia theo mã
Đa truy nhập phân chia theo mã
Tỷ số sóng mang trên tập âm
Tiền tố vịng
Kênh điều khiển chung
Thơng tin chất lƣợng kênh
Kiểm tra dƣ vịng
Nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến
tế bào
Chuyển mạch kênh
Chức năng điều khiển phiên cuộc
gọi
Kênh phát quảng bá động
Kênh điều khiển riêng
Thông tin điều khiển đƣờng xuống
Cấp phát kênh và tần số động
Biến đổi fourier rời rạc
Đƣờng xuống
Đƣờng lên

Kênh chia sẻ đƣờng xuống
Kênh điều khiển vật lý riêng
Truyền phát không liên tục
Khe thời gian điều khiển đƣờng
xuống
DCH đƣợc tăng cƣờng
Tốc độ dữ liệu tăng cƣờng cho
GSM phát triển
Mạng lõi gói phát triển
Cổng dữ liệu gói phát triển
Truy nhập vơ tuyến mặt đất tồn
cầu phát triển
Chỉ có dữ liệu phát triển
Miền tần số
Song công phân chia tần số
Ghép kênh phân chia tần số

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

13

FDPS
FFT
FS
GERAN
GGSN
GP

GPRS
GPS
GRE
GSM

Frequency Domain Packet
Scheduling
Fast Fourier Transform
Frequency Selective
GSM/EDGE Radio Access Network

Gateway GPRS Support Node
Guard Period
General packet radio service
Global Positioning System
Generic Routing Encapsulation
Global System for Mobile
Communications
GTP
GPRS Tunneling Protocol
GTP-C
GPRS Tunneling Protocol,
Control Plane
GUTI
Globally Unique Temporary
Identity
GW
Gateway
HARQ
Hybrid Automatic Repeat

reQuest
HO
Handover
HSDPA
High Speed Downlink Packet
Access
HS-DSCH High Speed Downlink Shared
Channel
HSCSD
High Speed Circuit Switched
Data
HSPA
High Speed Packet Access
HSHigh Speed Physical Downlink
PDSCH
Shared Channel
HSS
Home Subscriber Server
HS-SCCH High Speed Shared Control
Channel
HSUPA
High Speed Uplink Packet
Access
ICI
Inter-carrier Interference
ICIC
Inter-ô Interference Control
ID
Identity
IFFT

Inverse Fast Fourier Transform
IMS
IP Multimedia Subsystem
IMT
International Mobile
Telecommunications

Lập biểu gói miền tần số
Biến đổi furier nhanh
Lựa chọn tần số

Mạng truy nhập vô tuyến
GSM/EDGE

Nút cổng hỗ trợ GPRS
Khoảng bảo vệ
Dịch vụ vô tuyến gói chung
Hệ thống định vị tồn cầu
Đống gói định tuyến chung
Hệ thống truyền thơng di động
tồn cầu
Giao thức đƣờng hầm GPRS
Mặt phẳng điều khiển, giao thức
đƣờng hầm GPRS
Nhận dạng tạm thời duy nhất toàn
cầu
Cổng
Yêu cầu lặp lại tự động hỗ hợp
Sự chuyển vùng
Truy nhập gói đƣờng xuống tốc độ

cao
Kênh chia sẻ đƣờng xuống tốc độ
cao
Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ
cao
Truy nhập gói tốc độ cao
Kênh chia sẻ đƣờng xuống vật lý
tốc độ cao
Máy chủ thuê bao thƣờng trú
Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao
Truy nhập gói đƣờng lên tốc độ
cao
Nhiễu liên sóng mang
Điều khiển nhiễu liên ơ
Nhận dạng
Biến đổi furier nhanh nghịch đảo
Hệ thống con đa phƣơng tiện IP
Truyền thông di động quốc tế

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

14

IP
ISDN
ISI
LNA

LO
LOS
LTE
MAC
MAP
MBMS
MBR
MCH
MCS
MGW
MIMO
MIP
MM
MME
MPR
MSC
NACK
NAS
NAS
NB
NMT
OFDM
OFDMA
O&M
PAPR
PAR
PC
PCCC
PCCPCH
PCFICH

PCH

Internet Protocol
Integrated Services Digital
Network
Inter Symbols Interference
low noise amplifier
Local Oscillator
Line of Sight
Long Term Evolution
Medium Access Control
Mobile Application Part
Multimedia Broadcast Multicast
System
Maximum Bit Rate
Multicast Channel
Modulation and Coding Scheme
Media Gateway
Multiple Input Multiple Output
Mobile IP
Mobility Management
Mobility Management Entity
Maximum Power Reduction
Mobile Switching Center
Negative Acknowledgement
Non-access Stratum
Network Address Table
Narrowband
Nordic Mobile Telephone
Orthogonal Frequency Division

Multiplexing
Orthogonal Frequency Division
Multiple Access
Operation and Maintenance
Peak to Average Power Ratio
Peak-to-Average Ratio
Power Control
Parallel Concatenated
Convolution Coding
Primary Common Control
Physical Channel
Physical Control Format
Indicator Channel
Paging Channel

Giao thức Internet
Mạng số dịch vụ tích hợp
Nhiễu liên ký tự
Khuyêch đại âm nhiễu thấp
Bộ dao động nội
Tầm nhìn thẳng
Sự phát triển dài hạn
Điều khiển truy nhập môi trƣờng
Phần ứng dụng di động
Hệ thống phát quảng bá đa điểm
đa phƣơng tiện
Tốc độ bít tối đa
Kênh đa điểm
Sơ đồ mã hóa và điều chế
Cổng phƣơng tiện

Đa đầu vào đa đầu ra
IP di động
Quản lý tính di động
Phần tử quản lý tính di động
Sự giảm cơng suất tối đa
Chung tâm chuyển mạch di động
Báo nhận không thành công
Tầng không truy nhập
Bảng địa chỉ mạng
Băng hẹp
Điện thoại di động Bắc Âu
Ghép kênh phân chia tần số trực
giao
Đa truy nhập phân chia tần số trực
giao
Vận hành và bảo dƣỡng
Tỉ lệ cơng suất đỉnh tới trung bình
Tỉ lệ đỉnh-trung bình
Điều khiển công suất
Mã xoắn ghép song song
Kênh vật lý điều khiển chung sơ
cấp
Kênh chỉ thị dạng điều khiển vật lý
Kênh nhắn tin

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

15

PCI
PCM
PCRF
PCS
PDCCH
PDCP
PDN
PDU
PDSCH
P-GW
PHICH
PHY
PLL
PLMN
PMIP
PN
PRACH
PRB
PS
PSD
PSS
PUCCH
PUSCH
QAM
QCI
QoS
QPSK
RACH

RAN
RAR
RB
RBG
RF
RI

Physical Ô Identity
Pulse Code Modulation
Policy and Charging Resource
Function
Personal Communication
Services
Physical Downlink Control
Channel
Packet Data Convergence
Protocol
Packet Data Network
Payload Data Unit
Physical Downlink Shared
Channel
Packet Data Network Gateway
Physical HARQ Indicator
Channel
Physical Layer
Phase Locked Loop
Public Land Mobile Network
Proxy Mobile IP
Phase Noise
Physical Random Access

Channel
Physical Resource Block
Packet Switched
Power Spectral Density
Primary Synchronization Signal
Physical Uplink Control Channel
Physical Uplink Shared Channel
Quadrature Amplitude
Modulation
QoS Class Identifier
Quality of Service
Quadrature Phase Shift Keying
Random Access Channel
Radio Access Network
Random Access Response
Resource Block
Radio Bearer Group
Radio Frequency
Rank Indicator

Nhận dạng ô vật lý
Điều chế xung mã
Chức năng tính cƣớc tài nguyên và
chính sách
Dịch vụ truyền thông cá nhân
Kênh điều khiển đƣờng xuống vật
lý
Giao thức hội tụ dữ liệu gói
Mạng dữ liệu gói
Đơn vị dữ liệu tải tin

Kênh chia sẻ đƣờng xuống vật lý
Cổng mạng dữ liệu gói
Kênh chỉ thị HARQ vật lý
Lớp vật lý
Vịng khóa pha
Mạng di động mặt đất cơng cộng
IP di động ủy nhiệm
Tiếng ồn pha
Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý
Khối tài nguyên vật lý
Chuyển mạch gói
Mật độ phổ cơng suất
Tín hiệu đồng bộ sơ cấp
Kênh điều khiển hƣớng lên vật lý
Kênh chia sẻ hƣớng lên vật lý
Điều chế biên độ cầu phƣơng
Nhận dạng cấp QoS
Chất lƣợng dịch vụ
Khóa dịch pha vng góc
Kênh truy nhập ngẫu nhiên
Mạng truy nhập vơ tuyến
Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên
Khối tài ngun
Nhóm truyền tải vô tuyến
Tần số vô tuyến
Chỉ thị bậc

Downloaded by Con Ca ()

lOMoARcPSD|10804335

16

RLC
RNC
RRC
RRM
RS
RSCP
RSRP
RSRQ
RSSI
SAE
SCCPCH
SCM
SCFDMA
SCH
SCTP
SDU
SFBC
SFN
SGSN
S-GW
SIB
SIMO
SMS
SNR
SON
SR

S-RACH
SRB
SRS
SSS
SUMIMO
S1AP
TA
TBS

Radio Link Control
Radio Network Controller
Radio Resource Control
Radio Resource Management
Reference Signal
Received Symbol Code Power
Reference Symbol Received
Power
Reference Symbol Received
Quality
Received Signal Strength
Indicator
System Architecture Evolution
Secondary Common Control
Physical Channel
Spatial Channel Model
Single Carrier Frequency
Division Multiple Access
Synchronization Channel
Stream Control Transmission
Protocol

Service Data Unit
Space Frequency Block Coding
System Frame Number
Serving GPRS Support Node
Serving Gateway
System Information Block
Single Input Multiple Output
Short Message Service
Signal to Noise Ratio
Self Optimized Networks
Scheduling Request
Short Random Access Channel
Signaling Radio Bearer
Sounding Reference Signals
Secondary Synchronization
Signal
Single User Multiple Input
Multiple Output
S1 Application Protocol
Tracking Area
Transport Block Size

Điều khiển kết nối vô tuyến
Điều khiển mạng vô tuyến
Điều khiển tài nguyên vô tuyến
Quản lý tài ngun vơ tuyến
Tín hiệu chuẩn
Cơng suất mã ký hiệu nhận đƣợc
Công suất thu đƣợc ký hiệu chuẩn
Chất lƣợng thu đƣợc ký hiệu chuẩn

Chỉ thị cƣờng độ tín hiệu thu đƣợc
Phát triển kiến trúc hệ thống
Kênh vật lý điều khiển chung thứ
cấp
Chế độ kênh không gian
Đa truy nhập phân chia tần số đơn
sóng mang
Kênh đồng bộ
Giao thức truyền dẫn điều khiển
luồng
Đơn vị dữ liệu dịch vụ
Mã khối tần số không gian
Số khung hệ thống
Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS
Cổng phục vụ
Khối thông tin hệ thống
Đơn đầu vào đa đầu ra
Dịch vụ bản tin ngắn
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
Mạng tự tối ƣu
Yêu cầu lập lịch biểu
Kênh truy nhập ngẫu nhiên ngắn
Phần tử mang báo hiệu vơ tuyến
Tín hiệu chuẩn thăm dị
Tín hiệu đồng bộ thứ cấp
Đơn ngƣời dùng - Đa đầu vào đa
đầu ra
Giao thức ứng dụng S1
Khu vực theo dõi
Kích thƣớc khối truyền tải

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

17

TACS
TD
TDD
TD-LTE
TDSCDMA
TPC
TRX
TTI
UDP
UE
UL
UL-SCH
UMTS
UpPTS
USIM
UTRA
UTRAN
V-MIMO
VoIP
WCDMA
WLAN
X1AP

Total Access Communication
Sytem
Time Domain
Time Division Duplex
Time Division Long Term
Evolution
Time Division Synchronous Code
Division Multiple Access
Transmit Power Control
Transceiver
Transmission Time Interval
Unit Data Protocol
User Equipment
Uplink
Uplink Shared Channel
Universal Mobile
Telecommunications System
Uplink Pilot Time Slot
Universal Subscriber Identity
Module
Universal Terrestrial Radio
Access
Universal Terrestrial Radio
Access Network
Virtual MIMO
Voice over IP
Wideband Code Division
Multiple Access
Wireless Local Area Network

X1 Application Protocol

Hệ thống truyền thông truy nhập
tồn phần
Miền thời gian
Song cơng phân chia thời gian
Phân chia theo thời gian - LTE
Phân chia theo thời gian – đa truy
nhập phân chia theo mã đồng bộ
Điều khiển công suất phát
Bộ thu phát
Khoảng thời gian truyền
Giao thức đơn vị dữ liệu
Thiết bị đầu cuối
Đƣờng lên
Kênh chia sẻ đƣờng lên
Hệ thống thơng tin di động tồn
cầu
Khe thời gian dẫn hƣớng đƣờng
lên
Modun nhận dạng th bao tồn
cầu
Truy nhập vơ tuyến mặt đất tồn
cầu
Mạng truy nhập vơ tuyến mặt đất
tồn cầu
MIMO ảo
Thoại qua IP
Đa truy nhập phân chia theo mã
băng rộng

Mạng nội bộ không dây
Giao thức ứng dụng X1

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

18

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thơng tin di động ............................................ 22
Hình 2.1 Phát triển kiến trúc 3GPP hƣớng tới kiến trúc phẳng hơn ...................... 30
Hình 2.2. Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-UTRAN ................................... 31
Hình 2.3 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính ............... 34
Hình 2.4 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính .................. 36
Hình 2.5. Các kết nối S-GW tới các nút logic khác và các chức năng chính .......... 37
Hình 2.6 P-GW kết nối tới các node logic khác và các chức năng chính ............... 39
Hình 2.7 PCRF kết nối tới các nút logic khác & các chức năng chính .................. 40
Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển trong EPS ............................ 42
Hình 2.9 ngăn xếp giao thức mặt phẳng ngƣời dùng trong EPC ........................... 44
Hình 2.10 Các ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng ngƣời dùng
cho giao diện X2…………………………………………………………………...44
Hình 2.11 Kiến trúc dịch vụ mang truyền EPS .................................................... 46
Hình 2.12. Trạng thái của UE và chuyển tiếp trạng thái ....................................... 47
Hình 2.13. Hoạt động chuyển giao ..................................................................... 48
Hình 2.14. Khu vực theo dõi cập nhật cho UE ở trạng thái RRC rảnh rỗi ............. 49
Hình 2.15. Khu vực dịch vụ eMBMS và các khu vực MBSFN ........................... 51
Hình 2.16 Kiến trúc logic eMBMS ..................................................................... 52

Hình 2.17 Kiến trúc mặt phẳng ngƣời dùng eMBMS cho đồng bộ nội dung ......... 53
Hình 3.1 Biểu diễn tần số-thời gian của một tín hiệu OFDM ............................... 57
Hình 3.2 Sự tạo ra ký hiệu OFDM có ích sử dụng IFFT ...................................... 57
Hình 3.3 Sự tạo ra chuỗi tín hiệu OFDM ............................................................ 58
Hình 3.4 Cấp phát sóng mang con cho OFDM & OFDMA .................................. 58
Hình 3.5 Cấu trúc khung loại 1 ........................................................................... 59
Hình 3.6 Cấu trúc khung loại 2 ........................................................................... 59

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

19

Hình 3.7 lƣới tài nguyên đƣờng xuống ............................................................... 60
Hình 3.8 Ghép kênh thời gian – tần số OFDMA.................................................. 61
Hình 3.9 Phát và thu OFDMA ............................................................................ 62
Hình 3.10 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM ................................................................. 64
Hình 3.11 Lƣới tài nguyên đƣờng lên ................................................................. 65
Hình 3.12 Phát & thu hƣớng lên LTE ................................................................. 67
Hình 3.14 Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến ................................................... 69
Hình 3.15 MIMO 2×2 , khơng có tiền mã hóa ..................................................... 71
Hình 3.16 Xử lý tín hiệu cho phân tập phát và ghép kênh khơng gian (MIMO).…73
Hình 3.17 Đa ngƣời sử dụng MIMO trong hƣớng lên .......................................... 75
Hình 4.1 Ánh xạ của các kênh truyền tải hƣớng lên tới các kênh vật lý ................ 77
Hình 4.2 Ánh xạ các kênh truyền tải hƣớng xuống tới các kênh vật lý .................. 77
Hình 4.3 Các chịm điểm điều chế trong LTE ..................................................... 78
Hình 4.4 Cấp phát tài nguyên hƣớng lên đƣợc điều khiển bởi bộ lập biểu eNodeB 79
Hình 4.5 Cấu trúc khung LTE FDD .................................................................... 79

Hình 4.6 Tốc độ dữ liệu giữa các TTI theo hƣớng đƣờng lên ............................... 80
Hình 4.7 Cấu trúc khe đƣờng lên với tiền tố vòng ngắn và dài ............................. 80
Hình 4.8 Chuỗi mã hóa kênh PUSCH ................................................................. 82
Hình 4.9 Ghép kênh của thơng tin điều khiển và dữ liệu ...................................... 82
Hình 4.10 Cấp phát tài nguyên đƣờng xuống tại eNodeB .................................... 83
Hình 4.11 Cấu trúc khe đƣờng xuống cho băng thơng 1,4MHz ............................ 84
Hình 4.12 Chuỗi mã hóa kênh DL-SCH.............................................................. 84
Hình 4.13 Ví dụ về chia sẻ tài nguyên đƣờng xuống giữa PDCCH & PDSCH ...... 85
Hình 4.14 Sự tạo thành tín hiệu hƣớng xuống ..................................................... 86
Hình 4.15 Tài nguyên PUCCH ........................................................................... 88
Hình 4.16 Nguyên tắc điều chế dữ liệu và điều khiển .......................................... 90
Hình 4.17 Cấp phát các trƣờng dữ liệu & điều khiển khác nhau trên PUSCH ....... 90
Hình 4.18 Các dạng phần mở đầu LTE RACH cho FDD ..................................... 92

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

20

Hình 4.19 Vị trí PBCH tại các tần số trung tâm ................................................... 96
Hình 4.20 Các tín hiệu đồng bộ trong khung ....................................................... 97
Hình 4.21 Vận hành LTE HARQ với 8 tiến trình ................................................ 98
Hình 4.22 Định thời LTE HARQ cho một gói tin đƣờng xuống duy nhất ............. 99
Hình 4.23 Điều khiển định thời hƣớng lên .......................................................... 99
Hình 4.24 Cơng suất hƣớng lên LTE với thay đổi tốc độ dữ liệu ........................ 100
Hình 4.25 Thủ tục báo cáo thơng tin trạng thái kênh (CSI) ................................ 101
Hình 4.26 Tự cấu hình cho PCI ........................................................................ 104
Hình 5.1 Các tín hiệu đồng bộ sơ cấp & thứ cấp ……………………………...…104

Hình 5.2 Sự hình thành tín hiệu đồng bộ trong miền tần số ................................ 108
Hình 5.3 Tổng quan về thủ tục truy nhập ngẫu nhiên ......................................... 111
Hình 5.4 Minh họa cơ bản cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên .... 113
Hình 5.5 Định thời phần mở đầu tại eNodeB cho các ngƣời sử dụng truy nhập ngẫu
nhiên khác nhau…………………………………………………………………..113
Hình 5.6 Sự phát hiện phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên trong miền tần số ...... 114
Hình 6.1 Samsung Craft - Chiếc điện thoại 4G sử dụng mạng LTE đầu tiên trên thế
giới………………………………………………………………………………..118
Hình 6.2 Laptop X430 ..................................................................................... 122
Hình 6.3 Ericsson phối hợp với Cục Tần số Vô tuyến điện thử nghiệm công nghệ
LTE tại Hà Nội……………………………………………………………………122
Hình 6.4 Trạm gốc LTE ................................................................................... 123

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

21

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE………………………………..27
Bảng 2.1 Các giao thức và giao diện LTE…………………………………………45
Bảng 3.1 Các băng tần vận hành E-UTRAN…………...………………………….55
Bảng 3.2 số lƣợng các khối tài nguyên cho băng thông LTE khác nhau……..…...60
Bảng 3.3 Tham số cấu trúc khung đƣờng xuống (FDD & TDD)…………...……..61
Bảng 3.4 Các tham số cấu trúc khung đƣờng lên (FDD&TDD)………...………....65
Bảng 4.1 Dạng PDCCH và kích thƣớc của chúng…………..……………………..94
Bảng 4.2 Các loại thiết bị LTE……………….……………………………….. 103

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

22

CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG & GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LTE
1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin di động
1.1.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ( 1G)
Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tƣơng tự, là hệ thống truyền tín hiệu
tƣơng tự, là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, đƣợc khơi mào ở Nhật
vào năm 1979. Những cơng nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là:
 NMT (Nordic Mobile Telephone – Điện thoại di động Bắc Âu) đƣợc sử dụng
ở các nƣớc Bắc Âu, Tây Âu và Nga.
 AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến) đƣợc sử dụng ở Mỹ và Úc.
 TACS (Total Access Communication Sytem – Hệ thống truyền thơng truy
nhập tồn phần) đƣợc sử dụng ở Anh.

Hình 1.1 Tiến trình phát triển của thơng tin di động
Hầu hết các hệ thống đều là hệ thống tƣơng tự và dịch vụ truyền chủ yếu là
thoại. Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Những điểm
yếu của thế hệ 1G là dung lƣợng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển
cuộc gọi không tin cậy, chất lƣợng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật…do
vậy hệ thống 1G khơng thể đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng .

Downloaded by Con Ca ()

lOMoARcPSD|10804335

23

1.1.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ( 2G)
Hệ thống di động thế hệ thứ 2 sử dụng truyền vô tuyến số cho việc truyền tải.
Những hệ thống mạng 2G thì có dung lƣợng lớn hơn những hệ thống mạng thế hệ
thứ nhất. Một kênh tần số thì đồng thời đƣợc chia ra cho nhiều ngƣời dùng (bởi việc
chia theo mã hoặc chia theo thời gian). Sự sắp xếp có trật tự các tế bào, mỗi khu vực
phục vụ thì đƣợc bao bọc bởi một tế bào lớn, những tế bào lớn và một phần của
những tế bào đã làm tăng dung lƣợng của hệ thống xa hơn nữa.
Có 4 chuẩn chính đối với hệ thống 2G: Hệ Thống Thơng Tin Di Động Tồn Cầu
(GSM) và những dẫn xuất của nó; AMPS số (D-AMPS); Đa Truy Cập Phân Chia
Theo Mã IS-95; và Mạng tế bào Số Cá Nhân (PDC). GSM đạt đƣợc thành công
nhất và đƣợc sử dụng rộng rãi trong hệ thống 2G.
 GSM
GSM cơ bản sử dụng băng tần 900MHz. Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập theo thời
gian TDMA. nhƣng ở đây cũng có một số những phát sinh, 2 vấn đề quan trọng là
hệ thống mơ hình số 1800 (DCS 1800; cũng đƣợc biết nhƣ GSM 1800) và PCS
1900 (hay GSM 1900). Sau này chỉ đƣợc sử dụng ở Bắc Mĩ và Chilê, và DCS
1800 thì đƣợc tìm thấy ở một số khu vực khác trên thế giới. Nguyên do đầu tiên về
băng tần số mới là do sự thiếu dung lƣợng đối với băng tầng 900 MHz. Băng tần
1800MHz có thể đƣợc sử dụng ý nghĩa và phổ biến hơn đối với ngƣời sử dụng. vì
thế nó đã trở nên hồn tồn phổ biến, đặc biệt trong những khu vực đơng dân cƣ. Vì
thế đồng thời cả 2 băng tần di động đều đƣợc sử dụng, ở đây điện thoại sử dụng
băng tần 1800MHz khi có thành phần khác sử dụng lên trên mạng 900MHz.
Hệ thống GSM 900 làm việc trong một băng tần hẹp, dài tần cơ bản từ (890960MHz). Trong đó băng tần cơ bản đƣợc chia làm 2 phần :
+ Đƣờng lên từ (890 – 915) MHz.

+ Đƣờng xuống từ (935 – 960)MHz.
Băng tần gồm 124 sóng mang đƣợc chia làm 2 băng, mỗi băng rộng
25MHz,khoảng cách giữa 2 sóng mang kề nhau là 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần
số riêng biệt cho 2 đƣờng lên và xuống gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2
tần số là không đổi bằng 45MHz. Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA
và mỗi khe thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa MS và mạng GSM.
Tốc độ từ 6.5 – 13 Kbps.
GSM mới chỉ cung cấp đƣợc các dịch vụ thoại và nhắn tin ngắn, trong khi nhu cầu
truy nhập internet và các dịch vụ từ ngƣời sử dụng là rất lớn nên GSM phát triển lên
2.5G.

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

24

Trong đó :

HSCSD ( High Speed Circuit Switched Data) - Số liệu chuyển mạch kênh
tốc độ cao: Một vấn đề quan trọng lớn nhất đối với GSM đơn giản là về tốc độ dữ
liệu chậm. GSM cơ sở có thể cải thiện tốc độ ngƣời dùng trƣớc chỉ là 9.6Kbps. Sau
đó theo lý thuyết tốc độ ngƣời dùng đã là 14.4Kbps, mặc dù nó khơng đƣợc thơng
dụng cho lắm. HSCSD là cách đơn dàng nhất cho mọi thứ đƣợc tải lên. Những
phƣơng pháp này chính là sự thay thế một khe thời gian, một tram di động có thể
sử dụng nhiều khe thời gian cho một kết nối dữ liệu.Những bổ sung trong dòng
thƣơng mại, giá trị tối đa thƣờng là 4 khe thời gian. Một khe thời gian có thể sử
dụng tốc độ 9.6Kbps hoặc 14.4Kbps. Toàn bộ tốc độ chính là số khe thời gian nhân
với tốc độ dữ liệu của một khe thời gian. Đây chính là mối tƣơng quan không phức

tạp để nâng cấp dung lƣợng của hệ thống, vì nó chỉ là những u cầu trong việc
nâng cấp phần mềm đối với mạng nhƣng nó có nhiều trở ngại. Vấn đề quan trọng
nhất trong việc sử dụng tài ngun sóng vơ tuyến một cách khan hiếm. Bởi vì nó là
chuyển mạch- mạch, HSCSD phân bố việc sử dụng khe thời gian một cách liên tục
ngay cả khi khơng có bất cứ thứ gì đƣợc trun đi.

GPRS (General Packet Radio Service) - Dịch vụ vô tuyến gói chung:
GPRS là một hệ thống vơ tuyến thuộc giai đoạn trung gian, nhƣng vẫn là hệ thống
3G nếu xét về mạng lõi. GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với
tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet
TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cƣờng đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM. Cơng
việc tích hợp GPRS vào mạng GSM đang tồn tại là một quá trình đơn giản. Một
phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số liệu
gói đƣợc lập lịch trình trƣớc đối với một số trạm di động. Phân hệ trạm gốc chỉ cần
nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều khiển gói (PCU- Packet Control
Unit) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các đầu cuối di động các nút cổng
(gateway). Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cần thiết để hỗ trợ các hệ thống
mã hoá kênh khác nhau. Mạng lõi GSM đƣợc tạo thành từ các kết nối chuyển mạch
kênh đƣợc mở rộng bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu và gateway
mới, đƣợc gọi là GGSN (Gateway GPRS Support Node) và SGSN (Serving GPRS
Support Node). GPRS là một giải pháp đã đƣợc chuẩn hố hồn tồn với các giao
diện mở rộng và có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi.

EDGE ( Enhanced Data Rates for GSM Evolution): Tốc độ số liệu tăng
cƣờng để phát triển GSM: EDGE có thể phát nhiều bit gấp 3 lần GPRS trong một
chu kỳ. Đây là lý do chính cho tốc độ bit EDGE cao hơn. ITU đã định nghĩa
384kbps là giới hạn tốc độ dữ liệu cho dịch vụ để thực hiện chuẩn IMT-2000 trong
môi trƣờng không lý tƣởng. 384kbps tƣơng ứng với 48kbps trên mỗi khe thời gian,
giả sử một đầu cuối có 8 khe thời gian.

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

25

EDGE là một kỹ thuật truyền dẫn 3G đã đƣợc chấp nhận và có thể triển khai
trong phổ tần hiện có của các nhà khai thác TDMA và GSM. EDGE tái sử dụng
băng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của GSM, và đƣợc thiết kế nhằm tăng
tốc độ số liệu của ngƣời sử dụng trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằng cách sử
dụng các hệ thống cao cấp và cơng nghệ tiên tiến khác. Vì vậy, cơ sở hạ tầng và
thiết bị đầu cuối hoàn toàn phù hợp với EDGE hồn tồn tƣơng thích với GSM và
GRPS.
 IS-95
Hệ thống mạng tế bào IS-95A đƣợc Qualcomm cho ra mắt vào những năm
1990 sử dụng kỹ thuật truy nhập vô tuyến CDMA. CDMA chia sẻ cùng một giải
tần chung. Mọi khách hàng có thể nói đồng thời và tín hiệu đƣợc phát đi trên cùng
một giải tần. Các kênh thuê bao đƣợc tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên.
Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ đƣợc mã hoá bằng các mã ngẫu nhiên
khác nhau, sau đó đƣợc trộn lẫn và phát đi trên cùng một giải tần chung và chỉ đƣợc
phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên
tƣơng ứng. IS 95A(2G) phát triển tiếp lên IS 95B(2.5G)
Mặc dù hệ thống thông tin di động 2G đƣợc coi là những tiến bộ đáng kể
nhƣng vẫn gặp phải các hạn chế sau: Tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp. Vì thế cần
thiết phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo để cải thiện dịch
vụ truyền số liệu, nâng cao tốc độ bit và tài nguyên đƣợc chia sẻ…Mặt khác, khi
các hệ thống thông tin di động ngày càng phát triển, không chỉ số lƣợng ngƣời sử
dụng điện thoại di động tăng lên, mở rộng thị trƣờng mà ngƣời sử dụng còn địi hỏi
các dịch vụ tiên tiến hơn khơng chỉ là các dịch vụ cuộc gọi thoại truyền thống và

dịch vụ số liệu tốc độ thấp hiện có trong mạng hiện tại. Nhu cầu của thị trƣờng có
thể phân loại thành các lĩnh vực nhƣ: Dịch vụ dữ liệu máy tính, dịch vụ viễn thông,
dịch vụ nội dung số nhƣ âm thanh hình ảnh. Những lý do trên thúc đẩy các tổ chức
nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động trên thế giới tiến hành nghiên cứu
và đã áp dụng trong thực tế chuẩn mới cho hệ thống thông tin di động: Thông tin di
động 3G
1.1.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ( 3G)
Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000 (International Mobil
Telecommunication -2000) cho hệ thống 3G với các ƣu điểm chính đƣợc mong đợi
đem lại bởi hệ thống 3G là:
+ Cung cấp dịch vụ thoại chất lƣợng cao.
+Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, ...).
+ Các dịch vụ đa phƣơng tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc,...).

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

26

+ Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, ...).
+Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tƣơng thích tồn cầu
giữa các hệ thống.
Để thoả mãn các dịch vụ đa phƣơng tiện cũng nhƣ đảm bảo khả năng truy cập
Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps, nhƣng
thực tế triển khai chỉ ra rằng với băng thơng này việc chuyển giao rất khó, vì vậy
chỉ có những ngƣời sử dụng khơng di động mới đƣợc đáp ứng băng thơng kết nối
này, cịn khi đi bộ băng thông sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ là
144Kbps. Các hệ thống 3G điển hình là:

 UMTS (W-CDMA)
UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ W-CDMA, là
giải pháp đƣợc ƣa chuộng cho các nƣớc đang triển khai các hệ thống GSM muốn
chuyển lên 3G. UMTS đƣợc hỗ trợ bởi Liên Minh Châu Âu và đƣợc quản lý bởi
3GPP tổ chức chịu trách nhiệm cho các công nghệ GSM, GPRS. UMTS hoạt động
ở băng thơng 5MHz, cho phép các cuộc gọi có thể chuyển giao một cách hoàn hảo
giữa các hệ thống UMTS và GSM đã có. Những đặc điểm của WCDMA nhƣ sau:
+WCDMA sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu. Nó cũng cho
phép việc truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kbps trong mạng di động và 2 Mbps trong hệ
thống tĩnh.
+Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa trên các dịch vụ đƣợc phân tầng,
không giống nhƣ mạng GSM. Ở trên cùng là tầng dịch vụ, đem lại những ƣu điểm
nhƣ triển khai nhanh các dịch vụ, hay các địa điểm đƣợc tập trung hóa. Tầng giữa là
tầng điều khiển, giúp cho việc nâng cấp các quy trình và cho phép mạng lƣới có thể
đƣợc phân chia linh hoạt. Cuối cùng là tầng kết nối, bất kỳ cơng nghệ truyền dữ liệu
nào cũng có thể đƣợc sử dụng và dữ liệu âm thanh sẽ đƣợc chuyển qua ATM/AAL2
hoặc IP/RTP.
+Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào
UMTS tần số cấp phát trong 2 băng đƣờng lên (1885 MHz– 2025 MHz) và đƣờng
xuống (2110 MHz – 2200 MHz).
Sự phát triển của WCDMA lên 3.5G là HSxPA
 CDMA2000
Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối đối với
các hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2. CDMA2000 đƣợc
quản lý bởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS.
CDMA2000 có tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps.
 TD-SCDMA
Chuẩn đƣợc ít biết đến hơn là TD-SCDMA đang đƣợc phát triển tại Trung Quốc
bởi các công ty Datang và Siemens. Hiện tại có nhiều chuẩn cơng nghệ cho 2G nên

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

27

sẽ có nhiều chuẩn cơng nghệ 3G đi theo, tuy nhiên trên thực tế chỉ có 2 tiêu chuẩn
quan trọng nhất đã có sản phẩm thƣơng mại và có khả năng đƣợc triển khai rộng rãi
trên toàn thế giới là WCDMA (FDD) và CDMA 2000. WCDMA đƣợc phát triển
trên cơ sở tƣơng thích với giao thức của mạng lõi GSM (GSM MAP), một hệ thống
chiếm tới 65% thị trƣờng thế giới. Cịn CDMA 2000 nhằm tuơng thích với mạng lõi
IS-41, hiện chiếm 15% thị trƣờng.

1.2. Giới thiệu về công nghệ LTE
LTE là thế hệ thứ tƣ của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ ba
dựa trên WCDMA đã đƣợc triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh
tranh cho hệ thống này trong tƣơng lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm
xác định bƣớc phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long
Term Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí
cho mỗi bit thơng tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện
có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng
kể năng lƣợng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối.
Giao diện không gian và các thuộc tính liên quan của hệ thơng LTE đƣợc
tóm tắt trong bảng 1.1.
Băng tần
1,25 – 20 MHz
Song công
FDD , TDD , bán song công FDD
Di động

350km/h

Đa truy nhập
MIMO
Tốc độ dữ liệu đỉnh
trong 20MHz
Điều chế
Mã hóa kênh
Các cơng nghệ khác

Đƣờng xuống OFDMA
Đƣờng lên SC-FDMA
Đƣờng xuống 2 * 2 ; 4 * 2 ; 4 * 4
Đƣờng lên
1*2;1*4
Đƣờng xuống : 173 và 326 Mb/s tƣơng ứng với cấu hình
MIMO 2 * 2 và 4 * 4
Đƣờng lên : 86Mb/s với cấu hình 1 * 2 anten
QPSK ; 16 QAM và 64 QAM
Mã tubo
Lập biểu chính xác kênh; liên kết thích ứng ; điều khiển
công suất ; ICIC và ARQ hỗn hợp

Bảng 1. 1 Các đặc điểm chính của cơng nghệ LTE
Mục tiêu của LTE là cung cấp 1 dịch vụ dữ liệu tốc độ cao , độ trễ thấp , các gói
dữ liệu đƣợc tối ƣu , cơng nghệ vơ tuyến hỗ trợ băng thông một cách linh hoạt khi
triển khai. Đồng thời kiến trúc mạng mới đƣợc thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lƣu

Downloaded by Con Ca ()

lOMoARcPSD|10804335

28

lƣợng chuyển mạch gói cùng với tính di động linh hoạt , chất lƣợng của dịch vụ ,
thời gian trễ tối thiểu.
Tăng tốc độ truyền dữ liệu : Trong điều kiện lý tƣởng hệ thống hỗ trợ tốc
độ dữ liệu đƣờng xuống đỉnh lên tới 326Mb/s với cấu hình 4*4 MIMO ( multiple
input multiple output ) trong vòng 20MHZ băng thông. MIMO cho đƣờng lên là
không đƣợc sử dụng trong phiên bản đầu tiên của chuẩn LTE. Tốc độ dữ liệu đỉnh
đƣờng lên tới 86Mb/s trong 20MHZ băng thơng. Ngồi viêc cải thiện tốc độ dữ
liệu đỉnh hệ thống LTE còn cung cấp hiệu suất phổ cao hơn từ 2 đến 4 lần của hệ
thống HSPA phiên bản 6.
Dải tần co giãn đƣợc : Dải tần vô tuyến của hệ thống LTE có khả năng mở
rộng từ 1.4 MHz, 3MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và
xuống. Điều này dẫn đến sự linh hoạt sử dụng đƣợc hiệu quả băng thông .Mức
thông suất cao hơn khi hoạt động ở băng tần cao và đối với một số ứng dụng
không cần đến băng tần rộng chỉ cần một băng tần vừa đủ thì cũng đƣợc đáp ứng.
Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển : LTE tối ƣu hóa hiệu suất cho thiết bị
đầu cuối di chuyển từ 0 đến 15km/h, vẫn hỗ trợ với hiệu suất cao (chỉ giảm đi một
ít) khi di chuyển từ 15 đến 120km/h, đối với vận tốc trên 120 km/h thì hệ thống
vẫn duy trì đƣợc kết nối trên tồn mạng tế bào ,chức năng hỗ trợ từ 120 đến
350km/h hoặc thậm chí là 500km/h tùy thuộc vào băng tần.
Giảm độ trễ trên mặt phẳng ngƣời sử dụng và mặt phẳng điều khiển :
 Giảm thời gian chuyển đổi trạng thái trên mặt phẳng điều khiển : Giảm thời
gian để một thiết bị đầu cuối ( UE - User Equipment) chuyển từ trạng thái nghỉ
sang nối kết với mạng, và bắt đầu truyền thông tin trên một kênh truyền.Thời gian
này phải nhỏ hơn 100ms.

 Giảm độ trễ ở mặt phẳng ngƣời dùng: Nhƣợc điểm của các mạng tổ ong (ô)
hiện nay là độ trễ truyền cao hơn nhiều so với các mạng đƣờng dây cố định. Điều
này ảnh hƣởng lớn đến các ứng dụng nhƣ thoại và chơi game …,vì cần thời gian
thực. Giao diện vô tuyến của LTE và mạng lƣới cung cấp khả năng độ trễ dƣới
10ms cho việc truyền tải 1 gói tin từ mạng tới UE.
Sẽ khơng cịn chuyển mạch kênh : Tất cả sẽ dựa trên IP. Một trong những
tính năng đáng kể nhất của LTE là sự chuyển dịch đến mạng lõi hoàn toàn dựa
trên IP với giao diện mở và kiến trúc đơn giản hóa. Sâu xa hơn, phần lớn cơng
việc chuẩn hóa của 3GPP nhắm đến sự chuyển đổi kiến trúc mạng lõi đang tồn tại
sang hệ thống toàn IP. Trong 3GPP. Chúng cho phép cung cấp các dịch vụ linh
hoạt hơn và sự liên hoạt động đơn giản với các mạng di động phi 3GPP và các
mạng cố định. EPC dựa trên các giao thức TCP/IP – giống nhƣ phần lớn các
mạng số liệu cố định ngày nay- vì vậy cung cấp các dịch vụ giống PC nhƣ thoại,
video, tin nhắn và các dịch vụ đa phƣơng tiện. Sự chuyển dịch lên kiến trúc toàn

Downloaded by Con Ca ()


lOMoARcPSD|10804335

29

gói cũng cho phép cải thiện sự phối hợp với các mạng truyền thông không dây và
cố định khác.VoIP sẽ dùng cho dịch vụ thoại.
Độ phủ s ng từ 5-100km : Trong vịng bán kính 5km LTE cung cấp tối ƣu
về lƣu lƣợng ngƣời dùng, hiệu suất phổ và độ di động. Phạm vi lên đến 30km thì
có một sự giảm nhẹ cho phép về lƣu lƣợng ngƣời dùng còn hiệu suất phổ thì lại
giảm một cách đáng kể hơn nhƣng vẫn có thể chấp nhận đƣợc, tuy nhiên yêu cầu
về độ di động vẫn đƣợc đáp ứng. dung lƣợng hơn 200 ngƣời/ô (băng thông
5MHz).

Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên
mạng LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại.
Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì khơng cần
thay đổi tồn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có.
OFDMA ,SC-FDMA và MIMO đƣợc sử dụng trong LTE :Hệ thống này
hỗ trợ băng thông linh hoạt nhờ các sơ đồ truy nhập OFDMA & SC-FDMA.
Ngồi ra cịn có song công phân chia tần số FDD và song công phân chia thời
gian TDD. Bán song công FDD đƣợc cho phép để hỗ trợ cho các ngƣời sử dụng
với chi phí thấp .khơng giống nhƣ FDD, trong hoạt động bán song cơng FDD thì
một UE khơng cần thiết truyền & nhận đồng thời . Điều này tránh việc phải đầu
tƣ một bộ song công đắt tiền trong UE. Truy nhập đƣờng lên về cơ bản dựa trên
đa truy nhập phân chia tần số đơn sóng mang SC-FDMA hứa hẹn sẽ gia tăng
vùng phủ sóng đƣờng lên do tỉ số cơng suất đỉnh-trung bình thấp ( PARR) liên
quan tới OFDMA.
Giảm chi phí : Yêu cầu đặt ra cho hệ thống LTE là giảm thiểu đƣợc chi phí
trong khi vẫn duy trì đƣợc hiệu suất nhằm đáp ứng đƣợc cho tất cả các dịch
vụ.Các vấn đề đƣờng truyền,hoạt động và bảo dƣỡng cũng liên quan đến yếu tố
chi phí,chính vì vậy khơng chỉ giao tiếp mà việc truyền tải đến các trạm gốc và
hệ thống quản lý cũng cần xác định rõ, ngoài ra một số vấn đề cũng đƣợc yêu
cầu nhƣ là độ phức tạp thấp,các thiết bị đầu cuối tiêu thụ ít năng lƣợng.
Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trƣớc: Hệ thống LTE phải cùng
tồn tại và có thể phối hợp hoạt động với các hệ thống 3GPP khác .Ngƣời sử
dụng LTE sẽ có thể thực hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mình và thậm
chí khi họ khơng nằm trong vùng phủ sóng của LTE. Do đó, cho phép chuyển
giao các dịch vụ xun suốt, trơi chảy trong khu vực phủ sóng của HSPA,
WCDMA hay GSM/GPRS/EDGE. Hơn thế nữa, LTE hỗ trợ không chỉ chuyển
giao trong hệ thống, liên hệ thống mà còn chuyển giao liên miền giữa miền
chuyển mạch gói và miền chuyển mạch kênh.

Downloaded by Con Ca ()